Conversor CC/CA
Os conversores CC-CA (inversores) transforman corrente continua em corrente alternada fornecendo em suas saídas
tensões com freqüência fixa, para aplicação como fonte de tensão, especialmente em fontes de alimentação ininterrupta (chamadas de no-break ou UPS - Uninterruptible Power Supplies, em Inglês).
Inversor
O inversor é o principal constituinte de uma UPS, uma vez que é ele quem determina a
qualidade da energia fornecida à carga.
Deve fornecer uma tensão alternada, com freqüência, forma e amplitude invariantes, a
despeito de eventuais alterações na alimentação CC ou na carga.
A configuração básica é mostrada na figura, para um inversor trifásico. Uma saída
monofásica pode ser obtida utilizando-se apenas 2 ramos, ao invés de 3.
Inversor com saída quadrada
Consideremos o circuito de um inversor monofásico como mostrado na figura
As leis de modulação são numerosas, a mais simples talvez seja a que produz uma onda
retangular, na própria freqüência de saída que se deseja. Em tal caso, uma tensão positiva é
aplicada à carga quando T1 e T4 conduzirem (estando T2 e T3 desligados). A tensão negativa é
obtida complementarmente. O papel dos diodos é garantir um caminho para a corrente em caso
de a carga apresentar característica indutiva. Note que a condução dos diodos não afeta a forma
da tensão desejada. Este tipo de modulação não permite o controle da amplitude nem do valor
eficaz da tensão de saída.
Inversor com saída quase-quadrada
Uma alternativa que permite ajustar o valor eficaz da tensão de saída e eliminar algumas
harmônicas é a chamada onda quase-quadrada, na qual se mantém um nível de tensão nulo sobre
a carga durante parte do período, como mostrado na figura
Para obter este tipo de onda, uma possibilidade é a seguinte: quando se deseja tensão
positiva na carga mantém-se T1 e T4 conduzindo (T2 e T3 desligados). A tensão negativa é
obtida complementarmente. Os intervalos de tensão nula são obtidos mantendo T1 conduzindo e
desligando T4. Com corrente positiva, D2 entrará em condução. Quando T1 desligar D3 entra
em condução, aguardando o momento em que T2 e T3 conduzem, o que ocorre quando a
corrente se inverte. O intervalo de tensão nula seguinte é obtido com o desligamento de T3 e a
continuidade de condução de T2.
Nota-se que estão presentes os múltiplos ímpares da freqüência de chaveamento, o que
significa que a filtragem de tal sinal para a obtenção apenas da fundamental exige um filtro com
freqüência de corte muito próxima da própria freqüência desejada. Este espectro varia de acordo
com a largura do pulso. Para este caso particular não estão presentes os múltiplos da terceira
harmônica.
Inversor ferro-ressonante
A obtenção de uma onda senoidal a partir de ondas quadradas é possível através de
filtragem. O tamanho do filtro é determinado não apenas pela quantidade de harmônicas que
se quer minimizar, mas também pela freqüência de tais harmônicas. Quanto menores forem as
freqüências, maior será o filtro (maiores valores de indutância e capacitância com conseqüente
maior volume e peso).
Quanto menor for o filtro (menor impedância) melhor será a regulação de tensão na
saída, especialmente em situações transitórias, uma vez que valores elevados de indutância e
capacitância produzem respostas lentas a perturbações. Além disso, as distorções introduzidas
pela carga distorcerão menos a tensão fornecida.
O conceito básico do inversor ferro-ressonante é sintonizar um filtro na freqüência
desejada na saída (50 ou 60Hz), de modo a eliminar as harmônicas. Adicionalmente o
conversor apresenta outras importantes características para uma UPS, quais sejam: regulação
da tensão de saída e limitação da corrente.
A figura mostra o esquema básico do conversor.
O capacitor Cr, associado à indutância de dispersão, LD e, eventualmente, a uma
indutância adicional, perfazem um circuito ressonante, sintonizado na freqüência desejada.
Mais de um caminho de fluxo magnético existe no núcleo do transformador, permitindo ao
secundário saturar, enquanto o primário opera na região linear. Como resultado, o circuito de
saída apresenta-se limitado em tensão (devido à saturação do secundário), enquanto o
primário (que não satura) mantém a característica de limitação da corrente, devido à
indutância série presente no circuito. A tensão de saída, devido à saturação, apresenta-se como
uma senóide truncada. Seu conteúdo harmônico, no entanto, é menor do que o da onda
quadrada presente na entrada do transformador.
A principal vantagem deste tipo de UPS é sua simplicidade, aliada a razoáveis
características. Como desvantagem tem-se o volume e o peso característicos de um
transformador/filtro que deve operar na freqüência da rede.
Inversor multinível
Uma outra estratégia de modulação que produz reduzidas harmônicas é a multinível.
Neste caso, a tensão de saída é produzida por diversos módulos inversores conectados em
série, cada um acionado no momento adequado, de modo a tentar reproduzir uma forma de
onda que se aproxime de uma senóide (ou de uma outra forma desejada).
Na figura tem-se um diagrama esquemático do conversor e na outra tem-se uma
forma de onda deste tipo. Nota-se que a distorção harmônica é reduzida, embora existam
componentes espectrais em baixa freqüência. Os filtros necessários à obtenção de uma onda
senoidal devem ter uma freqüência de corte baixa, uma vez que as componentes harmônicas
apresentam-se em múltiplos da freqüência da rede. No entanto, a atenuação não precisa ser
muito grande, uma vez que as amplitudes das harmônicas são pequenas.
Inversor Modulação por Largura de Pulso - MLP
Uma outra maneira de obter um sinal alternado de baixa freqüência é através de uma
modulação em alta freqüência.
É possível obter este tipo de modulação ao comparar uma tensão de referência (que seja
imagem da tensão de saída buscada), com um sinal triangular simétrico cuja freqüência
determine a freqüência de chaveamento. A freqüência da onda triangular (chamada portadora)
deve ser, no mínimo 20 vezes superior à máxima freqüência da onda de referência, para que se
obtenha uma reprodução aceitável da forma de onda sobre a carga, depois de efetuada a
filtragem. A largura do pulso de saída do modulador varia de acordo com a amplitude relativa da
referência em comparação com a portadora (triangular). Tem-se, assim, uma Modulação por
Largura de Pulso.
A tensão de saída, que é aplicada à carga, é formada por uma sucessão de ondas
retangulares de amplitude igual à tensão de alimentação CC e duração variável.
A figura mostra a modulação de uma onda senoidal, produzindo na saída uma
tensão com 2 níveis, na freqüência da onda triangular.
É possível ainda obter uma modulação a 3 níveis (positivo, zero e negativo). Este tipo de
modulação apresenta um menor conteúdo harmônico. Um sinal de 3 níveis é ligeiramente mais
complicado para ser gerado analogicamente.
Quando se trata de um inversor trifásico, 2 arranjos podem ser feitos: utilizando 3
inversores monofásicos (o que exige 12 transistores, e é chamado de ponte completa) ou um
arranjo chamado de semiponte, com 6 transistores, como o mostrado na figura 6.
Em termos do conversor em semiponte, o sinal de comando enviado a cada ramo do
inversor é do tipo 2 níveis (quando um transistor liga, o complementar desliga). Assim, a tensão
de fase apresenta-se em 2 níveis. No entanto, a tensão de linha (entre 2 fases) apresenta-se de 3
níveis.
Projeto de Inversores
Eis alguns projetos que peguei de varios sites na net.
